魏曉斌，朱毅，張軍凱

( 徐州空軍學(xué)院航材四站系，江蘇徐州221000)

1 設(shè)計(jì)依據(jù)

飛機(jī)地面油泵車(chē)是飛機(jī)保障的重要裝備，不論在戰(zhàn)爭(zhēng)年代還是在和平時(shí)期的抗震救災(zāi)、抗洪搶險(xiǎn)以及民用飛機(jī)客流量顯著增大的情況下，如果油泵車(chē)設(shè)計(jì)不合理，效率低下，將會(huì)直接影響飛機(jī)性能，延誤戰(zhàn)機(jī)起飛或者延緩救援時(shí)機(jī)。而目前現(xiàn)有的YBC-1 型飛機(jī)地面油泵車(chē)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、冗余，綜合化水平較低，機(jī)動(dòng)性、通用性差，如何改進(jìn)這些弊端，提升維修保障效率和空運(yùn)效率，將是此次飛機(jī)地面油泵車(chē)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

1.1 YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)液壓系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)具有多執(zhí)行部件。至少包括泵源、高壓輸出回路、卸荷循環(huán)散熱回路、回油及油箱回路、加油回路、油液固體污染度檢測(cè)設(shè)備;

(2)動(dòng)力特性要求高。要求大功率輸出、大輸出力(矩)、高速、高變速指標(biāo);

(3)負(fù)載變化大。外負(fù)載變化大、多沖擊、頻率啟制動(dòng)和換向功率需求變化劇烈;

(4)執(zhí)行部件可獨(dú)立動(dòng)作。各部件動(dòng)作順序沒(méi)有預(yù)定的規(guī)律;

(5)操縱特性良好。包括調(diào)速特性、獨(dú)立操縱特性等;

(6)特殊功能要求。包括鎖定、制動(dòng)、同步等。

主液壓系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示(其中沒(méi)有考慮液壓附件及先導(dǎo)控制部分)。

圖1 主系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

1.2 YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

根據(jù)飛機(jī)地面油泵車(chē)的工作特點(diǎn)，其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要滿足以下要求:

1.2.1 動(dòng)力性要求

動(dòng)力性要求是指在保證動(dòng)力設(shè)備不過(guò)載的前提下，盡量充分利用動(dòng)力設(shè)備的功率，提高飛機(jī)地面油泵車(chē)的運(yùn)行效率。尤其是當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，要求液壓系統(tǒng)與動(dòng)力設(shè)備匹配良好，盡量提高輸出功率。例如，當(dāng)外負(fù)載較小時(shí)，希望增大油泵的輸出流量，提高執(zhí)行元件的運(yùn)行速度。雙泵液壓系統(tǒng)中就常常采用合流的方式來(lái)提高功率利用率。

1.2.2 操縱性要求

當(dāng)多執(zhí)行元件共同動(dòng)作時(shí)，要求能夠合理分配液壓系統(tǒng)中各個(gè)執(zhí)行元件的流量，要求其相互間不干涉，實(shí)現(xiàn)理想的復(fù)合動(dòng)作。如果飛機(jī)地面油泵車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中由于液壓油泵的油分流供應(yīng)，導(dǎo)致一側(cè)速度降低，形成設(shè)備偏向振動(dòng)，容易引發(fā)事故。另外，當(dāng)自循環(huán)過(guò)程中多執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，各個(gè)操縱閥都在大開(kāi)度下工作，往往會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)總流量需求超過(guò)油泵的最大供油流量，這樣高壓執(zhí)行元件就會(huì)因壓力油優(yōu)先供給低壓執(zhí)行元件而出現(xiàn)壓力降低的現(xiàn)象。

1.2.3 節(jié)能性要求

飛機(jī)地面油泵車(chē)通常工作時(shí)間長(zhǎng)，能量消耗大，要求液壓系統(tǒng)的效率高，就要降低各個(gè)執(zhí)行元件和管路的能耗，因此在油泵車(chē)液壓系統(tǒng)中要充分考慮各種節(jié)能措施。當(dāng)對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行調(diào)控時(shí)，系統(tǒng)所需流量大于油泵的輸出流量，此時(shí)必然會(huì)導(dǎo)致一部分流量損失掉，要求此部分的能量損失盡量小;當(dāng)油泵車(chē)處于空載不工作的狀態(tài)下，如何降低泵的輸出流量，降低空載回油的壓力，也是降低能耗的關(guān)鍵。

1.2.4 安全性要求

飛機(jī)地面油泵車(chē)工作條件復(fù)雜多變，負(fù)載變化和沖擊振動(dòng)大，對(duì)于其液壓系統(tǒng)要求有良好的過(guò)載保護(hù)措施，防止油泵過(guò)載和因外負(fù)載沖擊對(duì)各個(gè)液壓元件的損傷。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓系統(tǒng)性能參數(shù)設(shè)計(jì)

在油泵車(chē)的性能參數(shù)中，壓力、流量和污染度等級(jí)是最主要的3 個(gè)參數(shù)。其中液壓油污染度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)GJB 420A-95 《飛機(jī)液壓系統(tǒng)用油液固體污染度分級(jí)》的A 級(jí)指標(biāo)而制定的。

2.1.1 液壓系統(tǒng)壓力的設(shè)計(jì)

依據(jù)上述飛機(jī)液壓系統(tǒng)輸出壓力等級(jí)，可確定液壓系統(tǒng)高壓工作壓力p 為0 ～28 MPa，液壓系統(tǒng)高壓元件及附件壓力等級(jí)選型應(yīng)不小于31.5 MPa。YK2和波音747 液壓系統(tǒng)回油壓力為0.6 MPa，SF3 液壓系統(tǒng)回油壓力為0.35 MPa，因此可確定液壓系統(tǒng)低壓元件及附件壓力等級(jí)選型應(yīng)不小于1.6 MPa。

2.1.2 液壓系統(tǒng)流量的設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)應(yīng)能保證兩路同時(shí)輸出飛機(jī)實(shí)際所需的最大工作流量，按照波音747 每路輸出70 L/min 計(jì)算，液壓系統(tǒng)輸出流量最大應(yīng)達(dá)140 L/min，所以液壓元件及附件流量選型指標(biāo)應(yīng)不小于140 L/min。

2.2 液壓系統(tǒng)回路的設(shè)計(jì)

2.2.1 泵源

該設(shè)備設(shè)置主泵和輔泵，泵源壓力p = 0 ～28 MPa，流量Q=0 ～140 L/min。

2.2.2 Ⅰ、Ⅱ路高壓輸出回路

Ⅰ路高壓輸出回路流量Q1和Ⅱ路高壓輸出回路Q2在泵源系統(tǒng)流量Q (0 ～140 L/min)的范圍負(fù)載反饋分配，Q=Q1+Q2，由蓄能器以及Ⅰ路高壓輸出回路中的單向閥共同調(diào)節(jié)。

2.2.3 卸荷循環(huán)散熱回路

插裝單向閥用于防止Ⅰ路、Ⅱ路高壓輸出回路壓力p 與p1之間出現(xiàn)干涉。插裝電磁卸荷閥用于泵源系統(tǒng)、Ⅰ路高壓輸出回路和Ⅱ路高壓輸出回路卸荷，觀察液壓系統(tǒng)各回路工作流量狀況。

2.2.4 回油及油箱回路

油箱容量140 L，設(shè)計(jì)有加油空氣濾清器、油標(biāo)、加/放油快插接頭和液位報(bào)警開(kāi)關(guān)等元件。當(dāng)油箱液位過(guò)低時(shí)，液位報(bào)警開(kāi)關(guān)報(bào)警，液壓系統(tǒng)停止工作。

2.2.5 加油回路

設(shè)計(jì)加油時(shí)，電磁換向閥處于關(guān)閉狀態(tài)，油液從油箱出發(fā)，通過(guò)輔泵加壓，將油液注入飛機(jī)。

2.2.6 油液固體污染度檢測(cè)設(shè)備

設(shè)計(jì)油液固體污染度檢測(cè)設(shè)備可在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)油液固體污染度，由固體污染度在線檢測(cè)儀和管路組成。

流程圖如圖2 所示。

圖2 液壓系統(tǒng)流程圖

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 總體結(jié)構(gòu)組成與布局

該設(shè)備總體結(jié)構(gòu)由牽引底盤(pán)、牽引桿、框架和環(huán)控設(shè)備組成，外形尺寸約1 600 mm × 1 050 mm ×1 000 mm (L ×W ×H)，整裝質(zhì)量約1 050 kg，結(jié)構(gòu)如圖3、4 所示。

圖3 總體外形圖

圖4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 總體結(jié)構(gòu)主要設(shè)備選型

(1)恒功率電液比例柱塞泵

柱塞泵額定工作壓力為0 ～28 MPa，最高工作壓力可達(dá)35 MPa，壓力電液比例可調(diào)，帶數(shù)字信號(hào)放大器。安全壓力設(shè)定為31.5 MPa，可在0 ～35 MPa內(nèi)調(diào)節(jié)。

按照實(shí)際情況和恒功率控制思路進(jìn)行柱塞泵功率計(jì)算:

①SF3:兩路20 MPa 壓力，每路輸出流量可達(dá)50 L/min，W1=pQ/60 =20 ×100/60 =33.3 kW。

②YK2:兩路22 MPa 壓力，每路輸出流量可達(dá)70 L/min，W2=pQ/60 =22 ×140/60 =51.3 kW。

③某型飛機(jī)3:兩路25 MPa 壓力，每路輸出流量60 L/min，W3=pQ/60 =25 ×120/60 =50 kW。

根據(jù)①、②和③的分析計(jì)算，恒功率可設(shè)定在2 000 r/min 時(shí)51.3/0.93≈55 kW。

其他參數(shù)包括:額定轉(zhuǎn)速可達(dá)2 200 r/min;最大輸出流量為70 mL/r×2 200 r/min =154 L/min;泄油口壓力可達(dá)2 MPa。

(2)電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)采用YYB250 型三相異步4 極55 kW 內(nèi)軸式靜音變頻電動(dòng)機(jī)(油泵專用電機(jī))，由變頻器變頻控制輸出轉(zhuǎn)速。其工作電壓為三相380 V AC，工作轉(zhuǎn)速范圍為0 ～2 400 r/min，工作頻率范圍為0 ～80 Hz。

(3)輪胎

輪胎采用254 ×152 ×158.8 和267 ×152 ×127 兩種規(guī)格的實(shí)心輪胎，速度為25 km/h 時(shí)分別可承載1 414 ×9.8 N 和1 564 ×9.8 N;適應(yīng)低速、高負(fù)載苛刻條件下使用，有很高的耐刺穿性。

(4)暖風(fēng)機(jī)

采用HG4 型電暖風(fēng)機(jī)，由電加熱翅片管和低噪聲軸流風(fēng)機(jī)及溫控系統(tǒng)組成，具有自然風(fēng)、全功率加熱、半功率加熱3 擋設(shè)置，并具有超溫?cái)嚯姲踩Ｗo(hù)功能。

(5)氣囊式蓄能器

在YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)液壓系統(tǒng)中，采用了氣囊式蓄能器。此蓄能器的特點(diǎn)是形狀雖小但容積較大;皮囊的質(zhì)量輕、慣性小，反應(yīng)靈敏;漏氣途徑只有一個(gè)充氣閥口，因此氣囊的密封性好，一次充氣后能長(zhǎng)時(shí)間地保存;充氣方便，適用于貯存能量和吸收沖擊。

(6)散熱器

散熱器為鋁制板翅式組合結(jié)構(gòu)，下部加裝了風(fēng)機(jī)，從而提升散熱器的散熱能力。主要技術(shù)參數(shù)如下:換熱量為24 kW;工作壓力為3.0 MPa;試驗(yàn)壓力為4.5 MPa;風(fēng)機(jī)為220 V AC /750 W。

(7)固體污染度在線檢測(cè)儀

固體污染度在線檢測(cè)儀選用Parker IPD 型在線式顆粒計(jì)數(shù)器，內(nèi)置GJB420A、ISO4406 等油液標(biāo)準(zhǔn)，可相應(yīng)給出所測(cè)樣品的污染度等級(jí);儀器可按ISO4402 或ISO11171 校準(zhǔn)，實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握分析液壓系統(tǒng)的磨損趨勢(shì)，具有0.1ISO 等級(jí)的精度和0.5ISO 等級(jí)的準(zhǔn)確度。

3 數(shù)據(jù)比較

設(shè)計(jì)完成后，YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)與現(xiàn)有YBC-1 型油泵車(chē)的參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)與現(xiàn)有YBC-1 型油泵車(chē)的參數(shù)對(duì)比

可以看出:YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)液壓系統(tǒng)在滿足飛機(jī)的液壓保障需求的前提下，提高了液壓油的流量，提升了工作效率，同時(shí)裝備體積僅為原來(lái)的6.2%，質(zhì)量?jī)H為原來(lái)裝備的16.7%。

4 結(jié)論

通過(guò)采用單系統(tǒng)雙輸出的液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在滿足實(shí)際保障需求的同時(shí)，又減小了裝備體積的目的。YBC-2 型飛機(jī)地面油泵車(chē)液壓系統(tǒng)的成功研制，將大大提高飛機(jī)地面保障裝備的工作效率以及轉(zhuǎn)場(chǎng)運(yùn)輸效率，保證轉(zhuǎn)場(chǎng)后各型飛機(jī)正常起飛。同時(shí)該裝備可發(fā)揮其體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)，很大程度上增加單架運(yùn)輸機(jī)運(yùn)載數(shù)量，減少運(yùn)輸架次。

【1】曹克強(qiáng)，馬新力，沈燕良，等.飛機(jī)液壓系統(tǒng)空氣污染控制［J］.機(jī)床與液壓，2003(6):333 －334.

【2】陳浩，于煥義.飛機(jī)多功能通用地面液壓油泵車(chē)的設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2007(8):17 －20.

【3】WRIGHT S E，BUSHBY J P.Development of a Diagnostic System for Noncontinuously Operating Machines［C］//Proceedings of the IEE，2007.